Эволюция Вселенной: от начала до наших времен
Современная наука рассматривает историю нашего мира с точки зрения известной теории относительности в общем виде авторства Альберта Эйнштейна.
Именно на понятиях, созданных великим ученым, основано представление о модели и эволюции Вселенной, которым активно пользуются современные исследователи для того, чтобы лучше понять самих себя и то, что нас окружает. Давайте также в этом разберемся подробнее.
Начало начал
Зарождалось все ныне существующее из одной нулевой точки, где была сконцентрирована огромная энергия, показатели которой, такие как, к примеру, температура, давление и плотность, были невероятно высоки.
Это состояние, имевшее место около 13 миллиардов лет тому назад, называется «сингулярностью».
Но вот в некоторый момент – время Планка — происходит Большой Взрыв, а затем появляется небольшая Вселенная, чьи размеры исчисляются всего в паре микрон.
Физические характеристики только что начавшего свое существование мира были малопригодны для возникновения жизни.
Основные виды взаимодействия – гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное – являлись частью одной силы из-за высокой температуры, вследствие чего ни одна из уже тогда потенциально существовавших, но не материализовавшихся частиц не имела массы как таковой. Все на тот момент симметричное пространство было заполнено абсолютно идеальным газом, созданным из все еще тогда виртуальных частиц.
Впоследствии симметрия нарушается, а гравитация отделяется от других сил взаимодействия. Примерно тогда первые частицы – бозоны – обретают массу, но затем почти сразу распадаются на кварки, нейтрино, электроны, мюоны и т.п.. Появляется ядерное взаимодействие. Вселенная по размеру достигает отметки 10 сантиметров.
Развитие
Электроны и позитроны, как частицы и античастицы, а также бозоны и некоторые другие частицы, как, например, нейтралино, при столкновении друг с другом вызывают процесс аннигиляции, во время которого образуются фотоны. Их количество уже тогда значительно превышает число всех существующих на тот момент кварков. Примерно в то же время все частицы достигают между собой равновесия.
Эволюция Вселенной: краткий обзор
Вселенная продолжает остывать. Ее температура доходит почти до отметки 10*15К, а размеры становятся действительно внушительными — до миллиарда километров. Происходит еще одно нарушение симметрии, и, как следствие, все четыре вида взаимодействия становятся отдельными силами. Термодинамическое равновесие бозонов нарушилось, а те частицы, что раньше не имели своей массы, обрели ее.
Вселенная продолжает расширяться, а ее температура и уровень энергии – падать. Появляются стабильные барионы (нейтроны, протоны), что формируются из кварков и образуют барионную материю, то есть ту, из которой состоим мы и почти все, что нас окружает.
Продолжается образование фотонов за счет аннигиляции. На данный момент эти частицы достаточно сильно остыли (до 2.7К) и являются частью микроволнового фона в космосе – реликтового излучения, что было обнаружено учеными относительно недавно – в 1964 году.
На этом примерно и заканчивается первая секунда существования Вселенной.
Что такое реликтовое излучение?
Диапазон его частот – от 500 МГц до 500 Ггц. Длина наибольшей волны – 60 сантиметров, а наименьшей – 0,6 миллиметров. Имея такие параметры, реликтовое излучение – оно же микроволновый внегалактический фон – несет в себе огромное количество информации о том, как проходила эволюция Вселенной до того, как начали образовываться галактики и квазары, а также многие другие объекты.
Как показало изучение изотропии, источником излучения не является ни некие точки, ни центр галактик, ни какое-либо место в Солнечной Системе, из чего был сделан вывод, что оно имеет внегалактическое происхождение. Этот факт, к слову, подтвердил гипотезу «горячей Вселенной», что позволяет развивать теорию об эволюции, как она и была принята, далее.
После первой секунды
Плотность частиц значительно снижается, и, как следствие, частота взаимодействий с нейтрино снижается, а термодинамическое равновесие последней с другими становится невозможным. По причинам, выходящим из данного факта, нейтринное реликтовое излучение так и не было обнаружено.
Позитроны и электроны перестают постоянно образовываться. Вселенная становится полностью электрически нейтральной.
Спустя сто секунд после Взрыва начинают появляться первые химические элементы с легкими ядрами (водород, литий, гелий, дейтерий) благодаря слиянию нейтронов и протонов. Лишние частицы распадаются. Так проходит первичный нуклеосинтез.
300 000 лет спустя
Температура падает до 10 000 К. Размеры Вселенной превышают отметку в десятки миллионов световых лет в диаметре. У ядер появляются электронные оболочки, благодаря чему возникают первые легкие атомы, подобные гелию и водороду.
Примерно в это же время начинает свою историю такое явление, как реликтовое излучение. Пространство наконец-то стало видимым, не прозрачным, как это было вначале. Гравитация начинает стягивать материю.
Все это и многое другое способствует появлению первых звезд, а затем и галактик.
Что дальше?
Будущее Вселенной
Есть несколько основных сценариев, по которым будет происходить дальнейшая эволюция Вселенной. Естественно, процесс расширения будет происходить и дальше, поэтому если он будет достаточно равномерен, то энергия рано или поздно будет исчерпана, что, согласно предсказаниям ученых, приведет к тепловой смерти.
Другой вариант – Большой Разрыв, то есть распад всего, что уже было создано в результате Большого Взрыва. Это произойдет при ускорении расширения Вселенной.
Также есть сценарий, предполагающий так называемое Большое Сжатие, которое произойдет, если расширение замедлится, а затем и вовсе сойдет на нет.
Как именно все произойдет, не знает никто. Есть лишь некоторые догадки, гипотезы и теории, а известным остается только одно: время определенно покажет, как дальше будет развиваться наша Вселенная.
by HyperComments
Источник: https://SpaceGid.com/evolyutsiya-vselennoy-ot-nachala.html
Строение и эволюция Вселенной
Книга посвящена космологии — науке о строении и эволюции Вселенной.
В ней рассматриваются как классические основы космологии, так и ее новейшие проблемы: теория расширяющейся горячей Вселенной, проблема сингулярного состояния в прошлом, физические процессы на ранних этапах космологического расширения, гравитационная неустойчивость и образование галактик.
С достаточной полнотой и наглядностью рассмотрены и классические проблемы: геометрия мира, движение вещества и распространение света в расширяющейся Вселенной. В доступной форме приводятся сведения по общей теории относительности, теории элементарных частиц, физической статистики.
Качественная сторона излагаемых в книге проблем доступна широкому кругу читателей и представляет общепознавательный интерес. Изложение теории современной космологии, ее наблюдательных основ рассчитано на специалистов — физиков и астрономов, а также на студентов старших курсов, аспирантов и преподавателей. Книга дает подготовку, необходимую для самостоятельной работы.
Современная космология представляет собой обширную быстро развивающуюся область знания. Теоретической основой ее явились космологические модели советского математика Фридмана, а наблюдательной основой — наблюдения Хаббла красного смещения в спектрах галактик.
Если кинематика эволюционирующей Вселенной стала известной десятки лет назад, то исследование физики процессов в расширяющейся Вселенной получило надежную наблюдательную и теоретическую основу только в последнее время. Истекшее десятилетие принесло подтверждение теории так называемой горячей Вселенной.
В общих чертах современное состояние и ближайшее прошлое Вселенной можно считать известным. Достигнуты результаты непреходящего значения, навечно зачисленные в золотой фонд науки.
Однако эти достижения привели к возникновению новых проблем. Начался необычайно активный штурм этих проблем, были предприняты разнообразные попытки разработки более глубоких и более трудных вопросов, относящихся к сингулярному состоянию в далеком прошлом Вселенной, к проблеме возникновения галактик и к другим задачам.
Исследование космологической сингулярности имеет принципиальное значение. Это состояние удалено от нас по времени более чем на 10 миллиардов лет. Однако нельзя забывать, что каждая частица (или ее предки) вышла из горнила сингулярности.
Настоящее и будущее Вселенной зависят от ее прошлого, а следовательно, зависят от сингулярного состояния.
Современная космология использует весь арсенал физических и астрономических знаний. Ставшая классической теория горячей Вселенной использует общую теорию относительности, термодинамику, гидродинамику, теорию плазмы.
В исследованиях, посвященных сингулярности, широко используются более молодые области физики, включая теорию квантовых полей.
Предлагаемая монография, посвящена бурно развивающейся науке, поэтому, естественно, в книге соседствуют почтенные установившиеся теории, имеющие возраст более полувека, и гипотезы, едва вышедшие из младенческого возраста, иногда противоречащие друг другу.
Части монографии, в которых описаны основные наблюдательные факты и классические теории, должны входить в общеобразовательный минимум каждого астронома и даже — по нашему убеждению — каждого физика.
С другой стороны, в полном объеме монография действительно необходима лишь тем, кто работает или намерен работать в области космологии.
Не заменяя полностью оригинальную литературу, монография дает достаточно полное представление о состоянии космологии и особенно теоретической космологии на 1974 год.
Соединение таких разнородных задач оказалось необычайно трудным; совершенно нереальным оказалось первоначальное намерение авторов переработать для данного издания космологический раздел нашей книги «Релятивистская астрофизика» («Наука», 1967).
Монографию пришлось писать заново. Несмотря на большой объем книги, авторам только с большим трудом удалось охватить все разделы современной космологии.
Как и в наших предыдущих книгах, мы стремились наряду с математической теорией процессов дать наглядную интерпретацию теории и, особенно, показать, как применяется формализм теории в решении конкретных задач.
В заключение наших оправданий по поводу трудностей написания монографий такого рода приведем из введения к книге Кеплера «Новая астрономия, основанная на причинах, или Физика неба» следующую злободневную цитату:
«В настоящее время крайне тяжела участь тех, кто пишет математические, особенно же астрономические книги. Если не соблюдается необходимая строгость в терминах, пояснениях, доказательствах и выводах, то книга не будет математической.
Если же строгость соблюдена, то чтение книги становится очень утомительным, особенно по-латыни, которая лишена прелести, свойственной греческой письменной речи.
Поэтому сейчас очень редко встретишь подходящих читателей, большинство же предпочитает вообще уклоняться от чтения».
В работе над монографией мы пользовались неизменной поддержкой наших соратников из отдела теоретической астрофизики Института прикладной математики АН СССР и Института космических исследований АН СССР, особенно А. Г. Дорошкевича и Р. А.
Сюняева, совместно с которым написана гл. 8. Весьма полезны быбыли также обсуждения и дискуссии с сотрудниками ИКИ, ГАИШ, ФИАН, ИТФ, ИФП, других институтов, а также с зарубежными коллегами. Мы пользуемся случаем поблагодарить редактора книги И.Г.
Вирко за помощь при подготовке рукописи к печати.
Владимир Мезенцев
В трёх томах автор рассказывает о многих явлениях живой и неживой природы и даёт этим явлениям материалистическое объяснение. Книги переводились на многие иностранные языки и языки народов Советского Союза. Издание предназначено для широкого круга читателей.
Природа – единственная книга, каждая страница которой полна глубокого содержания. И. В. Гёте Счастлив тот, кому довелось знать причины явлений!
Вергилий
Странное. Непонятное. Загадочное. Необыкновенное. Необъяснимое. Диковинное. Непостижимое. Чудесное… Богат набор слов, которыми мы отмечаем неведомое, невиданное ранее в природе. Безграничная в своих проявлениях, она не устает поставлять нам новое – то, что восхищает, удивляет, поражает воображение. И если человек не знает сути таких явлений, да к тому же склонен верить в существование сверхъестественных, надприродных сил, то это новое может представится ему не просто чем-то еще неизвестным, а таинственным чудом, неподвластным разуму. Человечество за многие тысячелетия мировой истории проделало большой путь познания неведомого и неизвестного. Многое из того, что устрашало людей в прошлом, казалось им бесспорно чудесным, мы, обогащенные опытом и знанием, воспринимаем в естественном, природном облике. Даже суеверного человека не пугает теперь затмение солнца – ему известна причина этого явления. Однако и сегодня есть в мире то, чего мы еще не знаем, чему нет пока полного научного объяснения…
Page 3
Если эта книга попадет в руки педагога или специалиста-физика, то, возможно, их неприятно удивит вольность изложения, которую иногда допускает в ней автор.
Есть много книг, написанных на всех языках, которые стремятся разъяснить читателю научные вопросы в доступной его пониманию форме.
Одни пытаются всесторонне осветить вопрос, не отступить ни на шаг от „истины”, но в результате, несмотря на прекрасный, образный язык, сложность картины часто оказывается не по плечу малоподготовленному читателю.
Другие рискуют коснуться вопроса лишь с какой-нибудь одной определенной точки зрения. Они ставят и решают его в одной лишь плоскости, в одном разрезе. Понятно, они не могут вскрыть всей его сущности, но иногда результаты подобной обработки вопроса оказываются более ощутительными.
Автор настоящей книги избрал второй путь. Физику-педагогу, не разделяющему основной идеи автора, быть может, все же удастся использовать кое-какой новый опытный материал, имеющийся в этой книге.
Следует подчеркнуть, что при подборе материала, автор вообще не считался ни с программными, ни с методическими требованиями. Автор видел перед собой учащихся и только учащихся. Он исходил из их запросов, сомнений и интересов. Это книга учащихся. Однако, это не учебник и не задачник по электричеству.
Это очерк разработки многих вопросов электричества любителями этого отдела физики, объединившимися в кружок для совместной работы.
Задачи-вопросы, задачи-работы, помещенные в этой книге, касаются лишь некоторых основных вопросов элементарного курса электричества. Следует крепко порекомендовать не читать этих задач вразбивку, чтобы все вопросы и их решения были вполне ясны.
Если бы читатель, прежде чем заглянуть в решение, проделал сам соответствующий опыт, то, вероятно, эта книжка была бы прочтена с большей пользой. При чтении этой книги не бесполезно иметь под рукой какой-нибудь учебник физики.
Заканчивая предисловие, я хотел бы выразить признательность тем лицам, чья помощь дала мне возможность осуществить свой замысел выпуском в свет моей книги в настоящем ее виде.
Приношу глубокую благодарность профессору А. В. Цингеру за ряд указаний и полную доброжелательности критику, которая всегда так необходима автору. Искренне благодарю О. А.
Вольберга за его совершенно особую редакционно-творческую работу над книгой и за дружескую помощь в области технической, а также Ю Д. Скалдина, тонкое мастерство которого сообщило книге художественную ценность.
Считаю необходимым отметить с чувством большой признательности наличие необыкновенно бережного отношения к внешности книги со стороны издательства, что так трудно и так редко в условиях настоящего времени.
В. Зибер
Источник: https://scientifically.info/load/8-1-0-185
Add comment